Устройство обработки видеосигнала Советский патент 1991 года по МПК H04N5/14 

-

О СО

ел го

00

-Ьь

Изобретение относится к телевидению и может использоваться для обработки видеосигнала в реальном масштабе времени, в частности для увеличения контрастности изображений. Цель изобретения - повышение быстродействия обработки видеосигнала путем сокращения времени формирования характеристики преобразования входного видеосигнала. Устройство обработки видеосигнала содержит блок 1 формирования гистограммы, аналого-цифровой преобразователь 2, мультиплексор 3, блок 4 оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь 5, формирователь б адресов и блок 7 постоянной памяти значений уровней выходного видеосигнала. Характеристика преобразования получается с использованием гистограммы уровней входного видеосигнала предыдущего кадра и используется для обработки видеосигнала в следующем кадре. Это возможно из-за наличия сильных корреляционных связей между соседними кадрами телевизионного изображения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл. fe

Фиг.1

Изобретение относится к телевидению и может использоваться для обработки видеосигнала в реальном масштабе времени, в частности для увеличения контрастности изображений.

Целью изобретения является повышение быстродействия обработки видеосигнала путем сокращения времени формирования характеристики преобразования входного видеосигнала.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства обработки видеосигнала; на фиг,2 - блок формирования гистограммы; на фиг.З - формирователь адресов; на фиг.4-6 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство обработки видеосигнала содержит блок 1 формирования гистограммы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, мультиплексор 3, блок 4 оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, формирователь 6 адресов, блок 7 постоянной памяти значений уровней выходного видеосигнала.

Блок 1 формирования гистограммы (фиг.2) содержит блок 8 оперативной памяти, первый параллельный регистр 9, первый сумматор 10, первый элемент 11 задержки, элемент ИЛИ 12, второй элемент 13 задержки, третий элемент 14 задержки, второй элемент НЕ 15, первый элемент НЕ 16, третий элемент НЕ 17, второй параллельный регистр 18, второй сумматор 19. Формирователь 6 адресов (фиг.З) содержит триггер 20, элемент 21 задержки, генератор 22 фазируемых импульсов, двоичный счетчик 23, формирователь 24 импульсов.

Устройство обработки видеосигнала осуществляет преобразование уровней входного видеосигнала в уровни выходного видеосигнала в соответствии с характеристикой преобразования, которая определяется гистограммой распределения уровней входного видеосигнала, подвергнутого линейному амплитудному квантованию. Характеристика преобразования представляет собой зависимость выходного видеосигнала от входного.

Выходной видеосигнал устройства имеет гистограмму распределения уровней, отличающуюся от гистограммы распределения уровней входного видеосигнала. Видоизменение гистограммы видеосигнала применяется для изменения параметров изображений, например для увеличения контраста малоконтрастных изображений. При видоизменении гистограммы выполняется поэлементное преобразование уровней fj входного видеосигнала в уровни gk выходного видеосигнала, то есть

и

gi(i) T{fj}, ,(1)

где 1о f fi; go gk рк;

J 0, 1... ,1...R;

1+1 - число уровней квантования вход- ного видеосигнала;

к+1 - число уровней квантования выходного видеосигнала;

Т - функциональная зависимость gk от fj.

Функциональная зависимость (1) может быть выражена через функцию распределения вероятности Pt(fj) уровней входного видеосигнала

gk(j) Q{Pf(fj)(2)

Приближением функции Pf(fj) является гистограмма распределения уровней, которая для линейно квантованного по амплитуде на 1+1 уровней входного видеосигнала представляет собой ряд из 1+1 чисел HF(J), принимающих значения в соответствии с выражением

HF(J)JJ .(3)

где nj - число элементов изображения, видеосигнал которых имеет j уровень; N - общее число элементов в изображении, которому соответствует входной видеосигнал.

30

Так как

записать

i

Pf (fi ) - S HF ( m ) .то можно

m -0

(4)

qk(j) Q{ i HF(m)l

lm 0I

Например, для получения равномерной плотности вероятности уровней в выходном видеосигнале выражение (2) имеет вид

g дмакс - дмин РК f) + дмин(5)

или с учетом (4)

д дмакс - дмин 2) HF (m ) ,(6)

m 0

где дмакс, дмин максимальный и минимальный уровни выходного видеосигнала.

Для известной функциональной зависи- мости Q и заданных величин I, К, N можно получить табличное представление зависимости между g и f (см. табл. 1). Для линейного квантования входного видеосигнала имеется fj J.

Табл. 1 описывает характеристику преоб- разования входного видеосигнала в выходной. Этой таблице соответствует таблица зависимости между величинами QJ Q / 2l Hf ( m ) I

lm о

-i

и HJ 2j Hp ( m ) . Такая зависимость предm o

ставлена в табл. 2, которая устанавливает соответствие между величиной Hj, зависящей от гистограммы уровней входного видеосигнала и от его j-ro уровня, и уровнем выходного видеосигнала gk(j) Q) Табл. 2 строится по известным Q, I. К, N и заносится в блок 7 значений уровней выходного видеосигнала в виде массива двоичных кодов gk (j) величин gkO) Qj по адресам, определяемым двоичными кодами Н j соответствующих величин Hj. Если после занесения информации на адресные входы блока 7 подавать двоичные коды Н j, то с выхода блока 7 будут сниматься двоичные коды gk(j)- то есть происходит преобразование гистограммы в двоичные коды значение уровней выходного видеосигнала.

Устройство обработки видеосигнала работает следующим образом.

За исходное принято состояние устройства в момент времени tn, соответствующий спаду кадрового гасящего импульса (КГИ) и началу активной части кадра т.Эк (фиг.4а). К этому моменту времени в блоке 4 записаны двоичные коды gk 0) соответственно по ад- ресэм.О, 1, 2... j... I, полученные в предыдущем цикле обработки, а в блок 8 блока 1 формирования гистограммы занесена нулевая информация.

Импульсы КГИ подаются на информационный вход устройства (фиг.4а). В интервале tax сигнал на информационном входе запрещает работу формирователя 6 адресов, что приводит к работе блока 4 в режиме чтения, а блока 1 - в режиме формирования гистограммы. Этот же сигнал на входе устройства переключает мультиплексор 3 на передачу информации от АЦП 2 к блокам 1, 4. Тактирующие импульсы (ТИ) подаются на тактовый вход устройства в виде пачек импульсов (фиг.46). Период ТИ внутри пачки равен периоду элементов изображения во входном видеосигнале, а число ТИ в пачке ограничивается интервалом tac активной части строки. Входной видеосигнал (фиг.4ч) дискретизируется во времени и квантуется по амплитуде с помощью АЦП 2 на 1 + 1 уровень. Каждому ТИ на входе устройства (фиг.4г) соответствует двоичный код отсчета tji на выходе АЦП 2, определяемый амплитудой Ui входного видеосигнала, где 1 1.2, 3... I, I -число отсчетов в интервале tac. Через мультиплексор 3 двоичные коды fji (фиг.4д) подаются на адресный вход блока 4, с выхода которого двоичные коды gj, значений уровней выходного видеосигнала в соответствии с табл. 1 (фиг.4е) поступают на ЦАП 5. где преобразуются в выходной аналоговый видеосигнал устройства (фиг.4ж). Одновременно с преобразованием входного видеосигнала в выходной в устройстве выполняется формирование гистограммы уровней входного видеосигнала Для этого

ТИ подаются на вход блока 1 формирования гистограммы (фиг.2, фиг.Ба). а двоичные коды fji с выхода мультиплексора 3 - на адресный вход блока 8 (фиг.2, фиг.56). Блок 8

5 имеет объем 1 + 1 слов, каждое слово обеспечивает хранение двоичного кода максимального числа, равного N. Двоичный код fji на входе блока 8 интерпретируется как адрес, указывающий ячейку памяти, соответствую10 щую j-му уровню квантования. При этом по адресу fji на выходе блока 8 устанавливается содержимое LJI этой ячейки (фиг.бв), имевшееся на момент прихода 1-го импульса ТИ. которое заносится в первый параллельный

5 регистр 9 импульсом с выхода первого элемента 11 задержки (фиг.5г), задержанным на время 1зд1 относительно ТИ на входе блока 1. Эта задержка необходима для обеспечения прохождения информации с выхода

0 АЦП 2 до входа блока 8 и из блока 8 до входа регистра 9. С выхода первого параллельного регистра 9 код Lji подается на первый информационный вход первого сумматора 10 (фиг.5д), на втором информационном входе

5 которого установлен двоичный код числа единица. На выходе сумматора 10 устанавливается двоичный код суммы Ljj+1, которая записывается в j-to ячейку блока 8 импульсом записи с выхода второго элемен0 та НЕ 15, задержанным относительно импульса записи в регистр 9 на величину Тзд4 Т3д2 + 13дЗ. где тэд2, 1ЭдЗ величины задержек элементов 13 и 14 задержки соответственно (фиг.5е). Таким образом, каждое

5 обращение к j-й ячейке блока 8 вызывает увеличение ее содержимого на единицу, то есть выполняется подсчет числа элементов в видеосигнале, имеющих j-й уровень. К ко+н- цу интервала в блоке 8 оказываются запи0 санными |+ 1 чисел rij (см. также (3)) - гистограмма уровней входного видеосигнала.

Код числа единица на втором информационном входе первого сумматора 10

5 блока 1 образуется следующим образом.

По окончании предыдущего цикла триггер 20 формирователя 6 адресов в течение интервала ta« имеетуровень логической еди0 ницы на выходе, который поступает на младший разряд второго информационного входа первого сумматора 10. Этот же уровень, поступая на вход сброса первого параллельного регистра 9, разрешает запись в

5 него величин Ljk в интервале т.ак . а через третий элемент НЕ 17 удерживает второй параллельный регистр 18 в нулевом состоянии. После окончания интервала Так по фронту КГИ разрешается работа формирователя 6 адресов, который переводит блок 1

формирования гистограммы в режим считывания гистограммы и выполняет запись в блок 4 характеристики преобразования. В интервале tan уровень логической единицы на выходе триггера 20 (фиг.З) удерживает двоичный счетчик 23 в нулевом состоянии, а уровень логического нуля на первом выходе триггера 20 запрещает работу генератора 22 фазируемых импульсов. При поступлении фронта КГИ на вход формирователя 6 адресов (фиг.ба) триггер 20 опрокидывается, изменяя состояния на своих выходах на противоположные. Уровень логического нуля с выхода триггера 20 (фиг.66) поступает в блок 1 формирования гистограммы и переводит первый параллельный регистр 9 в нулевое состояние, а также устанавливает в нуль младший разряд второго информационного входа первого сумматора 10. Уровень логического нуля на входе блока 1 через третий элемент НЕ 17 разрешает запись информации во второй параллельный регистр 18. Следствием опрокидывания триггера 20 по фронту КГИ является также разрешение работы двоичного счетчика 23 и генератора 22 фазируемых импульсов, который выдает счетные импульсы (фиг.бв). По фронту этих импульсов запускается формирователь 24 импульсов, который выдает импульсы ИЗПо, ИЗП1... ИЗП| записи информации в блок 4 и в блок 1 формирования гистограммы (фиг.бг). К моменту прихода ИЗПо на адресном выходе формирователя 6 адресов установлен нулевой адрес (фиг.бд). В интервале времени tKFH (фиг.ба) мультиплексор 3 переключается на передачу информации с адресного выхода формирователя 6 адресов. При этом нулевой адрес с выхода формирователя 6 адресов поступает на вход блока 8, выбирается ячейка, в которой хранится двоичный код Нр (0) (фиг.бе). Во втором сумматоре 19 происходит сложение HF (0) с содержимым второго параллельного регистра 18, в котором имеется нулевая информация (фиг.бж). На выходе второго сумматора 19 увеличивается сумма Но Нр (0) + 0 (фиг.би), которая поступает на адресный вход блока 7 значений уровней выходного видеосигнала. При этом из блока 7 считывается код gk (0) значения уровня выходного видеосигнала устройства, определяемого по табл. 2 в соответствии с кодом Но (фиг.бк), gk(0) заносится в блок 4 импульсом ИЗПо (фиг.бг) по нулевому адресу, поступающему на адресный вход блока 4 с выхода мультиплексора 3, Счетные импульсы на выходе генератора 27, а следовательно, и импульсы записи на выходе формирователя 24 импульсов начинают формироваться с задержкой ТЗД5, определяемый элементом 21 задержки относительно момента опрокидывания триггера 20 по фронту КГИ. Это необходимо для компенсации задержек срабатывания мультиплексора 3, блока 8, второго сумматора 19, блока 7. Через интервал времени Тзд2, определяемый вторым элементом 13 задержки и необходимый для записи кода gk (0) в блок 4, двоичный код Но с выхода второго сумма0 тора 19 заносится во второй параллельный регистр 18 импульсом с выхода второго элемента 13 задержки (фиг.бд). Через интервал времени 1ЭдЗ, определяемый третьим элементом 14 задержки и необходимый для за5 писи информации в регистр 18, в блок 8 вместо Нр (0) записывается нулевая информация с выхода первого сумматора 10 импульсом записи зс выхода элемента НЕ 15 (фиг.6м). Нулевая информация на выходе

0 сумматора 10 определяется нулевой информацией на его входах. Далее по спаду счетного импульса содержимое двоичного счетчика 23 увеличивается на единицу и на адресные входы блока 4 и блока 8 поступает

5 следующий адрес i - 1 (фиг.бд). При этом из блока 8 считывается двоичный код HF (1) (фиг.бе). На выходе второго сумматора 19 образуется сумма Hi Но +Нр (1)(фиг.6и). которой на выходе блока 7 соответствует

0 двоичный код gk (1) (фиг 6к), записываемый в блок 4 импульсом ИЗПт (фиг.бг), и т.д, После прохождения в двоичный счетчик 23 спада 1-го счетного импульса триггер 20 возвращается в исходное состояние импульсом

5 с выхода переноса счетчика 23 (фиг.бн): работа формирователя 6 адресов прекращается. Длительность импульса на выходе триггера 20 (фиг.66) равна времени тфхп формирования характеристики преобразсжа0 ния. К концу интервала 1фхп блок 8 оказывается подготовленным к приему величин Ljk в течение последующего интервала Так. так как во все ячейки памяти блока 8 занесена нулевая информация.

5

Характеристика преобразования, то есть формирование в блоке 4 табл 1, получается с использованием гистограммы уровней входного видеосигнала предыдущего

0 кадра и используется для обработки видеосигнала в следующем кадре. Это возможно из-за наличия сильных корреляционных связей между соседними кадрами телевизионного изображения.

5После окончания интервала гфхл

(фиг.66) по спаду КГИ (фиг.ба) начинается описанный выше процесс преобразования входного видеосигнала в выходной и формирование гистограммы (фиг.4, 5).

Формула изобретения

блока формирования гистограммы, а остальные разряды второго информационного входа первого сумматора соединены с общей шиной, последовательно соединенные

5 первый элемент задержки, вход которого является входом тактовых импульсов блока формирования гистограммы, элемент ИЛИ, к другому входу которого подключен вход записи блока формирования гистограммы

0 через первый элемент НЕ, второй элемент задержки, третий элемент задержки и второй элемент НЕ, выход которого соединен с входом записи блока оперативной памяти, выход которого соединен также с первым

5 входом второго сумматора, к второму входу которого подключен вход сброса блока форми- оования гистограммы через последовательно соединенные третий элемент НЕ и второй параллельный регистр, информационный

0 вход которого соединен с выходом второго сумматора и является выходом блока формирования гистограммы, при этом синхронизирующий вход второго параллельного регистра соединен с выходом второго эле5 мента задержки, а синхронизирующий вход первого параллельного регистра соединен с выходом первого элемента задержки.

5 импульсов и двоичный счетчик, емкость которого равна числу уровней квантования АЦП, выход разрядов двоичного счетчика является адресным выходом формирователя адресов, а выход переноса соединен с

0 вторым входом триггера, второй выход которого соединен с входом сброса двоичного счетчика и является выходом сигнала сброса формирователя адресов, выход сигнала записи которого является выходом форми5 рователя импульсов, к входу которого подключен выход генератора фазируемых импульсов.

Таблица

Таблица 2

9и г. 2

Фиг.4

/

о

i

g